[發明專利]一種低成本單相諧波電能表

有效

• 申請號: 201210229266.4
• 申請日: 2012-07-04
• 公開（公告）號: CN102735922A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 張健輝;袁金晶;李建強;朱德省;孫國菊
• 申請（專利權）人: 江蘇林洋電子股份有限公司
• 主分類號: G01R22/06
• 分類號: G01R22/06;G01R19/02;G01R23/165
• 代理公司: 南通市永通專利事務所 32100
• 代理人: 葛雷

技術領域

本發明涉及一種單相諧波電能表。

背景技術

隨著科學技術的發展，工業生產和人民生活水平的提高，非線性用電設備在電網中大量投運，造成了電網的諧波分量占的比重越來越大。它不僅增加了電網的供電損耗，而且干擾電網的保護裝置與自動化裝置的正常運行，造成了這些裝置的誤動與拒動，直接威脅電網的安全運行。電能質量的好壞，直接影響到工業產品的質量，因此我們必須對非線性用電設備產生的諧波進行治理，這就要求我們首先要完成諧波的計量。

目前，市場上的絕大多數電能表不具備諧波計量功能，?CN101382588A公開了一種諧波電能表的專利，該諧波電能表的諧波電能計量模塊包括電壓、電流變換單元及DSP計算模塊，DSP計算模塊包括FFT變換模塊以及諧波參數的幅值和相位的補償模塊。即該諧波電能表計量諧波需要專用的計量單元，需要高速采樣且在內部采用復雜的數字信號處理才能得到諧波電能等信息。這對諧波電能表的設計，采樣芯片的選擇非常局限，成本非常高，不利于諧波電能表的推廣使用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構合理，具有準確計量諧波的功能的低成本單相諧波電能表。

本發明的技術解決方案是：

一種低成本單相諧波電能表，包括采樣計量部分、存儲部分、主控單元MCU、電源部分、通信部分、顯示部分，其特征是：采樣計量部分前端采樣得到電流電壓信號，一路電流信號通過低通濾波器后送入計量芯片，另一路電流信號直接進入計量芯片，電壓采樣信號直接進入計量芯片，通過計量芯片進行計量得到基波電流信號和總電流信號，電壓信號，基波電能，總電能。

所述低通濾波器是由兩個兩階橢圓低通濾波器級聯組成的4階濾波器，每個兩階橢圓濾波器由三個單運算放大器配合若干電阻電容組成，其中的兩個運算放大器配合相應電阻電容實現兩階橢圓濾波的功能，另一個單運算放大器的電壓增益為1，其輸入電阻趨近于無窮，輸出電阻趨近于零，在電路當中用作電壓跟隨器，實現兩階橢圓濾波器與輸出的隔離。

兩個兩階橢圓低通濾波器中的第一個兩階橢圓濾波器由運算放大器U1、U2、U3，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，電容C1、C2組成，運算放大器的正輸入端接地，負輸入端接信號，信號從R1端輸入，R1的另一端和C1串聯配合U1形成一階低通濾波，?R2和C2串聯與U2又形成一階濾波，其中R1、C1分別與R2、C2的值相等；U2兩端接的電阻R4是負反饋電阻，使系統工作穩定；R5，R6和U3在電路當中用作電壓跟隨器，實現兩階橢圓濾波器與輸出的隔離，R3的一端連接于U3的輸出，另一端連接在U1的負輸入端，將后端信號反饋到前面的輸入端。兩個兩階橢圓低通濾波器中的第二個二階低通橢圓濾波器由U4、U5、U6，R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14，C3，C4組成，R7與C3串聯和U4構成一階低通濾波，R10和C4串聯與U5又形成的一階濾波，R9的一端連接在U5的負輸入端，另一端連接在U3的輸出端，其中R7、C3分別與R10、C4的值相等；U5兩端接的電阻R12是負反饋電阻，作用就是穩定工作點；R13，R14和U6在電路當中用作電壓跟隨器，實現兩階橢圓濾波器與輸出的隔離；R11的一端連接于U6的輸出，另一端連接在U4的負輸入端，將后端信號反饋到前面的輸入端。

本發明在電流采樣環節設計一種低成本的低通濾波電路，然后利用普通計量芯片也具有兩路電流采樣回路的特點，同時計量基波電流和總電流，從而可以通過總電流減去基波電流得到諧波電流，也可以通過計算得出基波和諧波的有功電能以及諧波畸變率等數據，解決了不使用專用諧波計量芯片的普通電能表不能計量諧波的問題。

本發明的濾波電路使用4階橢圓低通有源濾波器，從總電流中提取出基波電流，從而實現諧波電能和基波電能的計量，進而實現諧波電能的計量。

本發明所設計的濾波器截止頻率為60Hz，通帶內的紋波系數小于0.05dB，具有良好的濾波特性。本設計對截止頻率留有余量，當電網電流頻率略有變化時也不會對基波信號造成不可忽視的衰減；阻帶的截止特性好，對100Hz信號具有大于18dB的衰減，對于實際應用中含量較大的三次諧波信號(150Hz)具有56dB以上的衰減，對于其他高頻信號也有40dB左右的衰減，完全滿足我們的需要。

通過上述基波電流信號及總電流信號和電壓信號，可以計算出諧波電流，基波有功功率和總有功功率，再通過兩者相減就可以求得諧波總有功功率，還可以計算得到電流畸變率等電網參數。